DE102010019640A1 - Handheld device and method for controlling and / or programming a manipulator - Google Patents
Handheld device and method for controlling and / or programming a manipulator Download PDFInfo
- Publication number
- DE102010019640A1 DE102010019640A1 DE201010019640 DE102010019640A DE102010019640A1 DE 102010019640 A1 DE102010019640 A1 DE 102010019640A1 DE 201010019640 DE201010019640 DE 201010019640 DE 102010019640 A DE102010019640 A DE 102010019640A DE 102010019640 A1 DE102010019640 A1 DE 102010019640A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- force
- manipulator
- detected
- hand
- detection device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/42—Recording and playback systems, i.e. in which the programme is recorded from a cycle of operations, e.g. the cycle of operations being manually controlled, after which this record is played back on the same machine
- G05B19/423—Teaching successive positions by walk-through, i.e. the tool head or end effector being grasped and guided directly, with or without servo-assistance, to follow a path
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J13/00—Controls for manipulators
- B25J13/02—Hand grip control means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
- G01S5/16—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using electromagnetic waves other than radio waves
- G01S5/163—Determination of attitude
Abstract
Ein erfindungsgemäßes tragbares Handgerät (1) zum Steuern und/oder Programmieren eines Manipulators, insbesondere eines Roboters, umfasst eine Handhabungseinrichtung (2, 3) zur Handhabung des Handgerätes durch einen Bediener, eine Positionserfassungseinrichtung (4), deren Raumposition erfassbar ist, und ein mit der Positionserfassungseinrichtung, insbesondere lösbar, verbundenen Tastelement (5), an dem ein Referenzpunkt (R) definiert ist, wobei die Handhabungseinrichtung (2, 3) und die Positionserfassungseinrichtung (4) gelenkig miteinander verbunden sind. Eine Krafterfassungseinrichtung des Handgerätes gestattet die wahlweise Vorgabe von Positions- oder Kraftkomponenten als Sollgrößen und/oder die Detektion eines Kontaktes des Handgeräts mit der Umgebung.A portable hand-held device (1) according to the invention for controlling and / or programming a manipulator, in particular a robot, comprises a handling device (2, 3) for handling the hand-held device by an operator, a position detection device (4) whose spatial position can be detected, and a the position detection device, in particular releasably, connected probe element (5) on which a reference point (R) is defined, wherein the handling device (2, 3) and the position detection means (4) are hinged together. A force detection device of the handset allows the optional specification of position or force components as desired values and / or the detection of a contact of the handset with the environment.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein tragbares Handgerät und ein Verfahren zum Steuern und/oder Programmieren eines Manipulators, insbesondere eines Roboters.The present invention relates to a portable handheld device and a method for controlling and / or programming a manipulator, in particular a robot.
In Arbeitsprozessen fährt ein Manipulator beim Ausführen eines Programms mit einem Referenzpunkt, beispielsweise dem Tool Center Point („TCP”), verschiedene Arbeitspunkte an, deren Positionen vorher in der Manipulatorsteuerung abgespeichert wurden.In working processes, a manipulator, when executing a program with a reference point, for example the Tool Center Point ("TCP"), moves to various operating points whose positions were previously stored in the manipulator control.
Vorliegend wird als Position eines Punktes allgemein seine Lage, i. e. Abstandskomponenten des Punktes zum Ursprung eines Bezugskoordinatensystems, und/oder eine Orientierung eines referenzpunktfesten Koordinatensystems relativ zu einem Bezugskoordinatensystem bezeichnet. Die Position eines Arbeitspunktes im Raum kann daher beispielsweise durch eine oder mehrere kartesische Koordinaten (x, y, z) des Referenzpunktes in einem Koordinatensystem, das zum Beispiel im Grundgestell eines Manipulators oder einer Bearbeitungszelle definiert ist, und/oder ein oder mehrere Winkel, beispielsweise EULER- oder KARDAN-Winkel (α, β, γ) gegen dieses Koordinatensystem beschrieben werden.In the present case, the position of a point is generally its position, i. e. Distance components of the point to the origin of a reference coordinate system, and / or an orientation of a reference point fixed coordinate system relative to a reference coordinate system referred to. The position of an operating point in space can therefore be determined, for example, by one or more Cartesian coordinates (x, y, z) of the reference point in a coordinate system defined, for example, in the base frame of a manipulator or machining cell, and / or one or more angles, for example EULER or KARDAN angles (α, β, γ) against this coordinate system.
Um einen Arbeitspunkt anzufahren, muss ein Manipulator in seinen Gelenken bestimmte Gelenkstellungen, beispielsweise Drehwinkel, einnehmen, wobei bei bekannter Kinematik des Manipulators Gelenkstellungen und Position des Punktes im Arbeitsraum durch Lösen der Vorwärts- bzw. Rückwärtskinematik ineinander transformiert werden können. Eine Position eines Punktes kann daher gleichermaßen beispielsweise durch Gelenkstellungen des Manipulators beschrieben und entsprechend in der Manipulatorsteuerung abgespeichert werden.To approach an operating point, a manipulator in his joints certain joint positions, such as rotation angle, occupy, with known kinematics of the manipulator joint positions and position of the point in the working space can be transformed by solving the forward or reverse kinematics. A position of a point can therefore equally be described for example by joint positions of the manipulator and stored accordingly in the manipulator control.
Um solche Arbeitspunkte abzuspeichern, ist neben der offline-Programmierung und dem Teachen durch manuelles Anfahren der Arbeitspunkte mit dem Manipulator beispielsweise aus der
In der
Die nicht vorveröffentlichte deutsche Patentanmeldung
Insbesondere in Bearbeitungsprozessen, etwa einem Schweißen, Schleifen, Polieren, Entraten oder dergleichen, steht der Manipulator wenigstens zeitweise in kraftschlüssigem Kontakt mit seiner Umgebung, insbesondere einem zu bearbeitenden Werkstück, welches dabei eine Reaktionskraft auf einen Referenzpunkt des Manipulators ausübt.In particular, in machining processes, such as welding, grinding, polishing, Entraten or the like, the manipulator is at least temporarily in frictional contact with its environment, in particular a workpiece to be machined, which thereby exerts a reaction force to a reference point of the manipulator.
Damit der Manipulator dabei gewünschte Prozesskräfte auf seine Umgebung aufprägt, müssen diese als Sollgrößen einer Kraftregelung vorgegeben werden. Hierzu kann beispielsweise je nach Kontaktzustand zwischen Positions- und Kraftregelung umgeschaltet und/oder eine hybride Kraft-Positionsregelung, etwa eine Nachgiebigkeitsregelung wie insbesondere eine Impedanz- oder Admittanzregelung durchgeführt werden.In order for the manipulator to impose desired process forces on its environment, these must be specified as nominal values of a force control. For this purpose, for example, can be switched depending on the contact state between position and force control and / or a hybrid force position control, such as a compliance control such as in particular an impedance or admittance control can be performed.
Die Programmierung solcher Regelungen ist mit den aus obigem Stand der Technik bekannten Handgeräten, die weder die Erfassung von Soll-Kräften noch die Erkennung von Kontaktzuständen gestatten, nicht möglich.The programming of such arrangements is not possible with the hand-held devices known from the above prior art, which permit neither the detection of desired forces nor the detection of contact states.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Steuerung und/oder Programmierung eines Manipulators zu verbessern und wenigstens einen der vorgenannten Nachteile zu vermeiden.The object of the present invention is to improve the control and / or programming of a manipulator and to avoid at least one of the aforementioned disadvantages.
Diese Aufgabe wird durch ein tragbares Handgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und/oder durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 bzw. 12 gelöst. Anspruch 14 stellt ein entsprechendes Computerprogrammprodukt unter Schutz, die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.This object is achieved by a portable hand-held device with the features of
Ein erfindungsgemäßes tragbares Handgerät bzw. Verfahren dient zum Steuern und/oder Programmieren eines Manipulators, insbesondere eines Roboters. Dabei wird unter einem Programmieren insbesondere das Erfassen von Sollgrößen durch das Handgerät und deren Abspeichern im Handgerät oder einer, vorzugsweise damit dauernd oder zeitweise drahtgebunden, drahtlos oder über eine Schnittstelle, insbesondere eine USB-Schnittstelle, verbundenen, Verarbeitungseinrichtung, insbesondere einer Manipulatorsteuerung, verstanden, die dann versucht, diese Sollgrößen im Betrieb zu erreichen. Ein Steuern des Manipulators kann demgegenüber insbesondere online erfolgen, so dass der Manipulator zeitnah durch das Handgerät erfasste Sollgrößen einzustellen sucht, wenn er etwa als Teleroboter eingesetzt wird.A portable handheld device or method according to the invention is used for controlling and / or programming a manipulator, in particular a robot. In this case, programming is in particular understood to be the acquisition of nominal values by the handheld device and its storage in the handheld device or one, preferably permanently or temporarily wired, wirelessly or via an interface, in particular a USB interface, processing device, in particular a manipulator control. which then tries to reach these target values during operation. On the other hand, the manipulator can be controlled online, in particular, so that the manipulator seeks to set desired quantities detected by the hand-held device in a timely manner when it is used, for example, as a telerobot.
Zur kompakteren Darstellung wird vorliegenden als Steuerung auch eine Regelung, i. e. die Ausgabe von Stellgrößen auf Basis eines Vergleichs von Soll- und Ist-Größen bezeichnet. Ebenfalls zur kompakteren Darstellung wird auch ein antiparalleles Kräftepaar, i. e. ein Drehmoment, vorliegend verallgemeinert als Kraft bezeichnet. Insofern kann eine Krafterfassungseinrichtung im Sinne der vorliegenden Erfindung auch beispielsweise einen ein- oder mehrachsigen Drehmomentensensor oder ein- oder mehr-, insbesondere sechsachsigen Kraftmomentensensor aufweisen.For a more compact representation is present as a controller and a control, i. e. the output of manipulated variables based on a comparison of nominal and actual sizes. Also for compact presentation is also an antiparallel pair of forces, i. e. a torque, in the present generalized referred to as a force. In this respect, a force detection device in the sense of the present invention can also have, for example, a single- or multi-axis torque sensor or one or more, in particular six-axis, force torque sensors.
Ein Handgerät nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Handhabungseinrichtung zur Handhabung des Handgerätes durch einen Bediener, eine Positionserfassungseinrichtung und ein mit der Positionserfassungseinrichtung verbundenes Tastelement, an dem ein Referenzpunkt definiert ist, dessen Position mittels der Positionserfassungseinrichtung erfassbar ist.A hand-held device according to a first aspect of the present invention comprises a handling device for handling the hand-held device by an operator, a position detection device and a feeler element connected to the position detection device, on which a reference point is defined, the position of which can be detected by the position detection device.
Die Handhabungseinrichtung kann insbesondere eine Eingabeeinrichtung zur Eingabe durch den Bediener, beispielweise eine oder mehrere Tasten, Schalter oder dergleichen, eine Ausgabeeinrichtung zur Ausgabe an den Bediener, insbesondere eine oder mehrere Anzeigen, und/oder einen Handgriff für den Bediener aufweisen. Die Positionserfassungseinrichtung kann einen oder mehrere Marker, die durch eine bezugssystemfeste Trackingeinrichtung erfassbar sind, und/oder Sensoren aufweisen, die ihrerseits Referenzmarkierungen eines Bezugssystems erfassen, und so eine Erfassung der Position des Referenzpunktes des mit der Positionserfassungseinrichtung verbundenen Tastelements ermöglichen.The handling device may in particular comprise an input device for input by the operator, for example one or more keys, switches or the like, an output device for output to the operator, in particular one or more displays, and / or a handle for the operator. The position detection device may comprise one or more markers, which are detectable by a reference frame fixed tracking device, and / or sensors, which in turn detect reference marks of a reference system, and thus enable detection of the position of the reference point of the associated with the position detection device probe element.
Erfindungsgemäßes wird vorgeschlagen, dass das Handgerät eine Krafterfassungseinrichtung zur Erfassung einer auf das Tastelement wirkende Reaktionskraft aufweist, und dass die Handhabungseinrichtung und die Positionserfassungseinrichtung gelenkig miteinander verbunden sind.According to the invention, it is proposed that the handset has a force detection device for detecting a reaction force acting on the feeler element, and that the handling device and the position detection device are articulated to one another.
Die gelenkige Verbindung von Handhabungs- und Positionserfassungseinrichtung ermöglicht es, einerseits die Positionserfassungseinrichtung in eine gewünschte Position zu bringen, in der beispielsweise ihre Position gut erfassbar ist, da zum Beispiel ausreichend viele Marker für eine optische Trackingeinrichtung sichtbar sind, oder in der beispielsweise das mit der Positionserfassungseinrichtung verbundene Tastelement eine Soll-Position eines Manipulatorwerkzeuges simuliert und insbesondere eine gewünschte Prozesskraft auf die Umgebung ausübt, und zugleich andererseits die Handhabungseinrichtung in eine vorteilhafte Raumposition zu bringen, in der beispielsweise ihre Anzeige gut sichtbar, ihre Tastatur gut zugänglich oder ihr Griff ergonomisch günstig platziert ist.The articulated connection of the handling and position detection device makes it possible, on the one hand, to bring the position detection device into a desired position in which, for example, its position can be detected well, since, for example, a sufficient number of markers are visible to an optical tracking device, or in the example shown in FIG Position sensing device connected probe element simulates a desired position of a manipulator tool and in particular exerts a desired process force on the environment, and at the same time to bring the handling device in an advantageous spatial position in which, for example, their display well visible, their keyboard easily accessible or ergonomically placed their handle ergonomically is.
Hierzu können in einer bevorzugten Ausführung Handhabungseinrichtung und Positionserfassungseinrichtung in einem Drehgelenk mit einem oder mehreren, vorzugsweise drei Drehfreiheitsgraden, wie sie ein Kugelgelenk zur Verfügung stellt, miteinander verbunden sein. Zusätzlich oder alternativ sind jedoch auch translatorische Gelenke wie Scharniere, Parallelogrammführungen, Linearachsen oder dergleichen möglich.For this purpose, in a preferred embodiment, handling device and position detection device can be connected to one another in a rotary joint with one or more, preferably three rotary degrees of freedom, as provided by a ball joint. Additionally or alternatively, however, translational joints such as hinges, parallelogram guides, linear axes or the like are also possible.
Freiheitsgrade des Gelenks zwischen Handhabungs- und Positionserfassungseinrichtung sind in einer bevorzugten Ausführung sperrbar oder selbstsperrend. Beispielsweise kann ein Kugelgelenk durch Reibung selbstsperrend in einer Drehstellung verbleiben, bis der Bediener diese durch Überwinden einer Mindestbedienkraft verstellt. Gleichermaßen kann ein Kugelgelenk in bestimmten Drehstellungen verrasten oder es können, beispielsweise durch Zustellschrauben, Aktivieren von Haltemagneten, Aktivieren von Bremsen oder dergleichen eine oder mehrere Drehrichtungen gesperrt werden. Gleiches gilt natürlich auch für translatorische Achsen entsprechender Gelenke.Degrees of freedom of the joint between handling and position detection device are lockable or self-locking in a preferred embodiment. For example, a ball joint by friction remain self-locking in a rotational position until the operator adjusts this by overcoming a minimum operating force. Similarly, a ball joint can lock in certain rotational positions or it can be locked, for example by adjusting screws, activating holding magnets, activating brakes or the like one or more directions of rotation. The same applies of course to translational axes of corresponding joints.
Vorzugsweise ist das Gelenk zwischen Handhabungs- und Positionserfassungseinrichtung derart ausgebildet, dass es in einer Stellung verbleibt, solange durch die Krafterfassungseinrichtung erfasste, auf das Tastelement wirkende Reaktionskräfte einen vorgegebenen Wert nicht übersteigen, der vorzugsweise wenigstens einer vom Bediener ausübbaren Mindestkraft entspricht. Hierzu kann beispielsweise ein Reibschluss entsprechend hoch ausgebildet sein.Preferably, the joint between the handling and position detection means is designed such that it remains in a position as long as detected by the force detection means acting on the probe reaction forces do not exceed a predetermined value, which preferably corresponds to at least one exercisable by the operator minimum force. For this purpose, for example, a frictional engagement can be designed to be correspondingly high.
In einer bevorzugten Ausführung sind Handhabungseinrichtung und Positionserfassungseinrichtung lösbar miteinander verbunden, was die Kombination verschiedener Handhabungseinrichtungen, beispielsweise mit unterschiedlichen Anzeigen und/oder Bedienelementen, mit verschiedenen Positionserfassungseinrichtungen, die beispielsweise zur Erfassung durch unterschiedliche Trackingeinrichtungen eingerichtet sind, ermöglicht. In a preferred embodiment, handling device and position detection device are releasably connected to one another, which enables the combination of different handling devices, for example with different displays and / or operating elements, with different position detection devices, which are set up, for example, for detection by different tracking devices.
Entsprechend kann auch das mit der Positionserfassungseinrichtung verbundene Tastelement lösbar an der Positionserfassungseinrichtung befestigt sein, um eine Kombination unterschiedlicher Positionserfassungseinrichtungen mit verschiedenen Tastelementen zu ermöglichen, die beispielsweise unterschiedliche geometrische Abmessungen zum Antasten von Arbeitspunkten in unterschiedlichen Umgebungen oder zur Simulation eines Werkzeugs aufweisen und/oder mit unterschiedlichen Krafterfassungseinrichtungen versehen sein können. Auch solche lösbar an der Positionserfassungseinrichtung verbundene Tastelemente sind vorzugsweise relativ zu der Positionserfassungseinrichtung unbeweglich, um eine konstante Transformation zwischen der erfassten Raumposition der Positionserfassungseinrichtung und des Referenzpunktes an dem Tastelement zu gewährleisten.Correspondingly, the probe element connected to the position detection device can also be detachably fastened to the position detection device in order to allow a combination of different position detection devices with different probe elements, for example having different geometric dimensions for probing operating points in different environments or for simulating a tool and / or with different ones Force sensing devices can be provided. Such sensing elements detachably connected to the position detection device are also immovable relative to the position detection device in order to ensure a constant transformation between the detected spatial position of the position detection device and the reference point on the sensing element.
In einer bevorzugten Ausführung ist in einem Griff der Handhabungseinrichtung ein Zustimmungsschalter angeordnet, der vom Bediener betätigt werden muss, um beispielsweise bei Bedarf Manipulator- oder Zusatzachsen verfahren zu können, und/oder um sicherzustellen, dass in der Umgebung des Bedieners angeordnete Manipulatoren diesen nicht gefährden. Besonders bevorzugt ist der Zustimmungsschalter mit dem Zeigefinger betätigbar, so dass andere Schalter insbesondere mit dem Daumen der die Handhabungseinrichtung haltenden Hand bedient werden können.In a preferred embodiment, a consent switch is arranged in a handle of the handling device, which must be actuated by the operator in order to be able to move, for example, manipulator or additional axes if necessary, and / or to ensure that arranged in the environment of the operator manipulators not endanger them , Particularly preferably, the enabling switch can be actuated with the index finger, so that other switches can be operated in particular with the thumb of the hand holding the handling device.
Um eine effiziente Erfassung sinnvoller, mit dem Manipulator realisierbarer Arbeitspunkte zu erleichtern, kann das Tastelement, gegebenenfalls zusammen mit der Positionserfassungseinrichtung, als Dummy-Werkzeug ausgebildet sein, i. e. im Wesentlichen die Form wenigstens eines Teils einer Außenkontur des Werkzeugs aufweisen, mit dem der Manipulator die Arbeitspunkte anfahren soll. Bevorzugt entspricht der an dem Tastelement definierte Referenzpunkt dem TCP.In order to facilitate efficient detection of meaningful working points that can be realized with the manipulator, the feeler element, optionally together with the position detection device, can be designed as a dummy tool, i. e. have substantially the shape of at least part of an outer contour of the tool, with which the manipulator is to approach the operating points. The reference point defined on the probe element preferably corresponds to the TCP.
Die Positionserfassungseinrichtung weist in einer bevorzugten Ausführung einen oder mehrere, vorzugsweise wenigstens drei, aktive und/oder passive Marker auf, die zur Erfassung durch eine Trackingeinrichtung ausgebildet sind. Hierbei kann es sich beispielsweise um emittierende, aktive oder reflektierende, passive Marker vorgegebener geometrischer Gestalt handeln, die durch eine optische Trackingeinrichtung, welche beispielsweise im sichtbaren oder ultravioletten Bereich arbeitet, oder eine akustische Trackingeinrichtung erfassbar sind, welche beispielsweise im Ultraschallbereich arbeitet.In a preferred embodiment, the position detection device has one or more, preferably at least three, active and / or passive markers which are designed for detection by a tracking device. These may be, for example, emitting, active or reflective, passive markers of predetermined geometric shape, which can be detected by an optical tracking device, which operates, for example, in the visible or ultraviolet range, or an acoustic tracking device which operates, for example, in the ultrasonic range.
Zusätzlich oder alternativ kann die Positionserfassungseinrichtung auch einen oder mehrere, vorzugsweise wenigstens drei Sensoren aufweisen, beispielsweise Beschleunigungssensoren, aber auch Sensoren eines inertialen Messsystems oder Sensoren, die ihrerseits aktive oder passive Marker eines Bezugssystems, beispielsweise optisch oder akustisch, erfassen und so ebenfalls die Erfassung der Raumposition der Positionserfassungseinrichtung und damit des Referenzpunktes des mit ihr verbundenen Tastelementes ermöglichen.Additionally or alternatively, the position detection device may also have one or more, preferably at least three sensors, for example acceleration sensors, but also sensors of an inertial measuring system or sensors, which in turn detect active or passive markers of a reference system, for example optically or acoustically, and thus also detect the detection of the Allow spatial position of the position detection device and thus the reference point of the associated with her probe element.
In einer bevorzugten Ausführung weist die Positionserfassungseinrichtung mehrere Marker und/oder Sensoren auf, die über den Umfang eines oder mehrerer Ringe verteilt sind, die sich um die, vorzugsweise im Wesentlichen zylindrische, Positionserfassungseinrichtung herum erstrecken. Dies erleichtert die Erfassung der Marker eines Ringes bzw. Erfassung durch Sensoren eines Ringes aus allen Richtungen normal zur Mittelsenkrechten durch den Mittelpunkt dieses Ringes und gestattet insbesondere eine Verdrehung der Positionserfassungseinrichtung um diese Mittelsenkrechte, ohne die Erfassung zu beeinträchtigen.In a preferred embodiment, the position detection device comprises a plurality of markers and / or sensors which are distributed over the circumference of one or more rings which extend around the, preferably substantially cylindrical, position detection device. This facilitates the detection of the markers of a ring or detection by sensors of a ring from all directions normal to the perpendicular bisector through the center of this ring and in particular allows a rotation of the position detecting means about these perpendicular bisectors, without affecting the detection.
Vorzugsweise weist die Positionserfassungseinrichtung wenigstens zwei solcher Ringe auf, deren Mittelsenkrechten nicht koaxial sind und insbesondere miteinander einen Winkel größer oder gleich 10° einschließen. Dies erhöht die Sichtbarkeit bei Blickrichtung der Trackingeinrichtung bzw. Sensoren entlang einer Mittelsenkrechten eines Ringes auf die Marker bzw. Sensoren des anderen Ringes.Preferably, the position detection device has at least two such rings whose mid-perpendiculars are not coaxial and in particular enclose an angle greater than or equal to 10 ° with each other. This increases the visibility in viewing direction of the tracking device or sensors along a bisector of a ring on the markers or sensors of the other ring.
Häufig wird ein Werkzeug in einer bestimmten Hauptrichtung geführt und auf ein Werkstück aufgesetzt, die unter einem, beispielsweise prozessbedingten Winkel ausgerichtet ist, zum Beispiel im Wesentlichen normal zu einer Werkstückoberfläche. Zum Beispiel wird eine Klebepistole oder eine Schweißzange häufig vertikal zu einer horizontal ausgerichteten Werkstückoberfläche geführt.Often, a tool is guided in a particular main direction and placed on a workpiece which is oriented at a, for example process-related angle, for example, substantially normal to a workpiece surface. For example, a glue gun or welding tongs are often fed vertically to a horizontally oriented workpiece surface.
Kameras einer Trackingeinrichtung werden andererseits bevorzugt ebenfalls unter bestimmten Winkeln, beispielsweise unter etwa 45° gegen die Flächennormale der Werkstückoberfläche geneigt. Ist nun eine Erfassungsrichtung von Markern bei aufgesetztem Handgerät ebenfalls im Wesentlichen unter etwa 45° gegen die Flächennormale der Werkstückoberfläche geneigt, ergibt sich eine optimale Erfassbarkeit durch die Kameras, die im Wesentlichen direkt in Erfassungsrichtung auf die Marker blicken. Allgemein erlaubt die Ausrichtung von Marker- bzw. Sensorerfassungsrichtung unter einem bestimmten Winkel eine Positionierung des Handgerätes innerhalb eines Kegels mit diesem Öffnungswinkel, ohne die Erfassung zu beeinträchtigen.On the other hand, cameras of a tracking device are preferably likewise tilted at certain angles, for example at about 45 °, against the surface normal of the workpiece surface. If a detection direction of markers with an attached handset is also substantially inclined at about 45 ° to the surface normal of the workpiece surface, this results in optimum detectability by the cameras, which essentially look directly at the markers in the detection direction. Generally, the orientation of the sensor detection direction at a certain angle allows the handset to be positioned within a cone with this aperture angle without affecting the detection.
In einer bevorzugten Ausführung ist daher eine Erfassungsrichtung wenigstens eines Markers bzw. Sensors, in der die Erfassung besonders günstig ist, beispielsweise die optische Achse eines Sensors oder die Flächennormale eines reflektierenden Markers, unter einem Winkel gegen eine Hauptrichtung des Tastelementes und/oder der Positionserfassungseinrichtung, beispielsweise eine Längs- oder Symmetrieachse, eine bevorzugte Aufsetzrichtung des Tastelementes, eine Stoßrichtung des Dummy-Werkzeuges oder, bei in Erfassungsstellung aufgesetztem Dummy-Werkzeug, eine Flächennormale eines Werkstücks, auf dem der zu erfassende Arbeitspunkt liegt, geneigt, der zwischen 15° und 75°, insbesondere zwischen 30° und 60° liegt, und besonders bevorzugt im Wesentlichen 45° beträgt.In a preferred embodiment, therefore, a detection direction of at least one marker or sensor in which the detection is particularly favorable, for example the optical axis of a sensor or the surface normal of a reflective marker, at an angle to a main direction of the probe element and / or the position detection device, For example, a longitudinal or symmetry axis, a preferred Aufsetzrichtung of the probe element, a thrust direction of the dummy tool or, when placed in detection position dummy tool, a surface normal of a workpiece on which the operating point to be detected is inclined, between 15 ° and 75 °, in particular between 30 ° and 60 °, and is particularly preferably substantially 45 °.
Bevorzugt weist die Handhabungseinrichtung eine Eingabeeinrichtung zur Eingabe durch den Bediener auf, die zur Steuerung einer Zusatzachse des Manipulators, insbesondere eines Werkzeugtisches eingerichtet ist. Hierdurch kann der Bediener insbesondere zum Antasten verschiedener Arbeitspunkte in unterschiedlichen Werkstückpositionen durch das Handgerät Zusatzachsen des Manipulators, beispielsweise die Drehachsen eines Dreh- und/oder Kipp-Tisches, auf dem das Werkstück fixiert ist, betätigen, um das Werkstück geeignet, insbesondere jeweils so zu positionieren, wie es später bei Bearbeitung des Werkstücks durch den Manipulator angeordnet ist, ohne hierzu ein weiteres Eingabegerät handhaben zu müssen.Preferably, the handling device has an input device for input by the operator, which is set up to control an additional axis of the manipulator, in particular a tool table. As a result, the operator can actuate additional axes of the manipulator, for example the axes of rotation of a turning and / or tilting table on which the workpiece is fixed, in particular for probing different working points in different workpiece positions by the handheld device, in order to suit the workpiece, in particular in each case position, as it is later arranged during processing of the workpiece by the manipulator, without having to handle another input device.
In einer bevorzugten Ausführung wird zunächst eine Position des Referenzpunktes erfasst und diese anschließend vom Bediener in einer vorgegebenen Richtung, insbesondere einer Stoßrichtung eines Werkzeugs oder einer Flächennormale auf eine Werkstückoberfläche, verschoben, indem beispielsweise ein Verschiebebetrag eingegeben wird. Die solcherart gegenüber der erfassten Position in der vorgegebenen Richtung verschobene Position wird dann als Position des Arbeitspunktes des Manipulators erfasst.In a preferred embodiment, first of all a position of the reference point is detected and subsequently displaced by the operator in a predetermined direction, in particular a thrust direction of a tool or a surface normal to a workpiece surface, for example by inputting a shift amount. The position thus shifted with respect to the detected position in the predetermined direction is then detected as the position of the operating point of the manipulator.
Wenn bei der Erfassung und Abspeicherung von Arbeitspunktpositionen aufgrund von Mess- und Rechentoleranzen gespeicherte Arbeitspunkte, beispielsweise Schweiß- oder Klebepunkte, fälschlich innerhalb der Werkstückskontur liegen, so dass die Gefahr besteht, dass das manipulatorgeführte Werkzeug beim Ausführen eines auf solchen Positionen basierenden Programms durch den Manipulator in das Werkstück eindringt und dabei Werkstück und/oder -zeug beschädigt, kann der Bediener dies korrigieren, indem er innerhalb der Werkstückkontur liegende abgespeicherte Arbeitspunkte aus der Werkstückkontur heraus verschiebt. Dies ist jedoch, insbesondere bei einer Vielzahl von gespeicherten Positionen, offline ohne Werkstück, schwierig. Hier erleichtert die bevorzugten Ausführung die Erfassung einer vorteilhaften, außerhalb des Werkstücks liegenden Arbeitspunktposition, indem eine Richtung, beispielsweise die Stoßrichtung eines Werkzeugs oder die Flächennormale einer Werkstückoberfläche, vorzugsweise automatisch, vorgegeben und die zunächst fälschlich erfasste Position in dieser Richtung verschoben und danach als – nun außerhalb des Werkstücks liegende – Arbeitspunktposition abgespeichert wird.If operating points stored in the detection and storage of operating point positions due to measurement and calculation tolerances, for example welding or adhesive points, are located incorrectly within the workpiece contour, the manipulator-controlled tool is in danger of being run by the manipulator when executing a program based on such positions penetrates into the workpiece and thereby damage the workpiece and / or -zeug, the operator can correct this by shifting stored within the workpiece contour stored operating points out of the workpiece contour out. However, this is difficult, especially with a variety of stored positions, offline without a workpiece. Here, the preferred embodiment facilitates the detection of an advantageous, lying outside the workpiece operating point position by a direction, for example, the thrust direction of a tool or the surface normal of a workpiece surface, preferably automatically, given and moved the first erroneously detected position in this direction and then as - well stored outside the workpiece - operating point position is stored.
Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird durch ein Handgerät neben einer Position eines Referenzpunktes dieses Handgerätes auch eine auf dieses Handgerät, insbesondere diesen Referenzpunkt, wirkende Reaktionskraft erfasst und eine dominante Sollgröße einer Steuerung des Manipulators in wenigstens einer Richtung auf Basis wahlweise einer Positionskomponente der erfassten Position oder einer Kraftkomponente der erfassten Reaktionskraft vorgegeben.According to a second aspect of the present invention, by a handset in addition to a position of a reference point of this handset also on this handset, in particular this reference point, acting reaction force detected and a dominant target size of a control of the manipulator in at least one direction based on either a position component of the detected Position or a force component of the detected reaction force predetermined.
Hierzu kann insbesondere ein Handgerät gemäß des vorstehend erläuterten ersten Aspekts verwendet werden, welches zu diesem Zweck die Krafterfassungseinrichtung zur Erfassung einer auf das Tastelement wirkende Reaktionskraft aufweist.For this purpose, in particular a hand-held device according to the above-explained first aspect can be used, which for this purpose has the force detection device for detecting a reaction force acting on the feeler element.
Indem nach dem zweiten Aspekt eine oder mehrere Positionskomponenten des Referenzpunktes und eine oder mehrere Kraftkomponenten einer von der Umgebung, insbesondere einem zu bearbeitenden Werkstück, auf das Tastelement, insbesondere in dessen Referenzpunkt, wirkende Reaktionskraft erfasst werden, können durch das Handgerät nicht nur Positions-, sondern auch Kraft-Sollgrößen vorgegeben werden.By detecting, according to the second aspect, one or more position components of the reference point and one or more force components of a reaction force acting on the feeler element, in particular in its reference point, from the environment, in particular a workpiece to be machined, not only position, but also force setpoints are given.
Dabei muss jedoch für eine oder mehrere vorgegebene Richtungen, etwa eine kartesische, auf ein Manipulator-, Bahn- oder Werkstückbezugssystem bezogene Richtung, eine durch Freiheitsgrade des Manipulators definierte Richtung oder dergleichen, jeweils eine dominante Sollgröße für die Steuerung des Manipulators vorgegeben werden. Insofern eine Richtung im Sinne der vorliegenden Erfindung nicht nur kartesische Richtungen bezeichnen, sondern beispielsweise auch EULER- oder KARDAN-Winkel, Quaternionen, DENAVIT-HARTENBERG-Parameter, Aktuator- oder Gelenkstellungen eines Manipulators, Achsen eines Bahnkoordinatensystems oder dergleichen.However, in each case one dominant setpoint variable for the control of the manipulator must be predetermined for one or more predefined directions, for example a Cartesian direction relating to a manipulator, track or workpiece reference system, a direction or the like defined by degrees of freedom of the manipulator. Insofar as a direction in the sense of the present invention designates not only Cartesian directions but, for example, also EULER or KARDAN angles, quaternions, DENAVIT-HARTENBERG parameters, actuator or joint positions of a manipulator, axes of a path coordinate system or the like.
In einem einfachen Fall wird wahlweise für verschiedene Arbeitspunkte jeweils eine reine Kraft- oder eine reine Positionsregelung in allen Richtungen vorgegeben. So können beispielsweise für Hilfspunkte auf Zustell- oder Abhebebahnen ihre Positionen als Sollgrößen vorgegeben werden, für Arbeitspunkte, in denen der Manipulator in Kontakt mit der Umgebung steht, hingegen die dort durch ihn aufzuprägenden Kräfte. In a simple case, either a pure force or a pure position control in different directions is given for different operating points. Thus, for example, for auxiliary points on delivery or lift-off tracks, their positions can be specified as desired values, for operating points in which the manipulator is in contact with the environment, however, the forces imposed there by it.
Gleichermaßen können in hybriden Regelkonzepten auch für bestimmte Richtungen Positionen und für andere Richtungen Kräfte als Sollgrößen vorgegeben werden. So können beispielsweise beim Bearbeiten einer Fläche die Position in tangentialen Richtungen einer Bearbeitungsbahn vorgegeben werden, um etwa einem Bearbeitungsmuster optimal zu folgen, während in einer Richtung senkrecht zur Fläche eine Kraft vorgegeben wird, um eine gewünschte Anpresskraft, etwa zum Schleifen, Polieren oder dergleichen, zu gewährleisten. In diesem Zusammenhang sei nochmals darauf hingewiesen, dass vorliegend auch Drehmomente verallgemeinernd als Kräfte bezeichnet werden, so dass entsprechend Soll-Kräfte auch Soll-Drehmomente um vorgegebene Achsen darstellen können. So kann es beispielsweise bei Fügevorgängen zweckmäßig sein, für Drehachsen, um die ein manipulatorgeführtes Werkstück gekippt werden muss, wahlweise Soll-Winkel oder -Drehmomente vorzugeben.Equally, in hybrid control concepts, it is also possible to specify positions for specific directions and forces for other directions. For example, when machining a surface, the position may be set in tangential directions of a machining path to optimally follow a machining pattern, while in a direction perpendicular to the surface, a force is given to a desired contact force, such as grinding, polishing or the like, to ensure. In this context, it should again be noted that in the present case, torques are generally referred to as forces, so that according to desired forces can also represent desired torques about predetermined axes. Thus, it may be expedient, for example, in joining operations, for rotary axes by which a manipulator-controlled workpiece must be tilted, optionally specify desired angle or torques.
Vorteilhafte Regelungen können in einer oder mehreren Richtungen sowohl eine Soll-Position als auch eine Soll-Kraft berücksichtigen, indem etwa bei einer Impedanzregelung aus vorgegebener Soll- und Ist-Position gemäß einem Kraftgesetz, etwa einem Federgesetz, eine Soll-Kraft bestimmt und diese dann durch eine Kraftregelung eingestellt wird. Umgekehrt kann in einer Admittanzregelung eine Differenz zwischen vorgegebener Soll- und Ist-Kraft gemäß einem Kraftgesetz in eine Soll-Position transformiert und diese durch eine Positionsregelung eingestellt werden. Insoweit wird dann eine von der Position und der Kraft als dominante Sollgröße verwendet, in der Impedanzregelung beispielsweise die vorgegebene Sollposition, in der Admittanzregelung die vorgegebene Sollkraft. Bei Berücksichtigung nur einer von der Position und der Kraft ist somit die vorgegebene die dominate Sollgröße im Sinne der vorliegenden Erfindung.Advantageous regulations can take into account in one or more directions both a desired position and a desired force, for example, by an impedance control from predetermined target and actual position according to a force law, such as a spring law, determines a desired force and then is adjusted by a force control. Conversely, in an admittance control, a difference between predetermined desired and actual forces can be transformed into a desired position according to a force law and these can be adjusted by a position control. In that regard, one of the position and the force is then used as the dominant setpoint, in the impedance control, for example, the predetermined desired position, in the admittance control the predetermined desired force. Taking into account only one of the position and the force is thus the predetermined the dominant target size in the context of the present invention.
Erfindungsgemäß wird in einer oder mehreren Richtungen, vorzugsweise in ein, zwei oder drei translatorischen und/oder ein, zwei oder drei rotatorischen Freiheitsgraden, eine dominante Sollgröße einer Steuerung des Manipulators jeweils auf Basis wahlweise einer Positionskomponente der erfassten Position oder einer Kraftkomponente der erfassten Reaktionskraft vorgegeben.According to the invention, in one or more directions, preferably in one, two or three translational and / or one, two or three rotational degrees of freedom, a dominant setpoint of control of the manipulator is respectively predetermined on the basis of optionally one position component of the detected position or one force component of the detected reaction force ,
Dabei können Positions- und Kraftkomponente in derselben Richtung zunächst synchron erfasst und anschließend eine von beiden zur Vorgabe der Sollgröße ausgewählt werden. Gleichermaßen kann entsprechend einer Wahl durch den Benutzer bereits alternativ jeweils nur die Positions- oder die Kraftkomponente in dieser Richtung erfasst werden.In this case, position and force components can first be detected synchronously in the same direction and then one of them can be selected to specify the desired value. Similarly, according to a choice by the user already alternatively only the position or the force component can be detected in this direction.
Um diese Wahl vorteilhaft bereits während der Erfassung treffen zu können, umfasst in einer bevorzugten Ausführung eine Eingabeeinrichtung eines Handgerätes eine Wahleinrichtung zur Auswahl aus einer Positions- und einer Kraftkomponente. Dies ermöglicht insbesondere ein intuitives, situationsangepasstes Teachen, da der Bediener beim Führen des Handgerätes bestimmen kann, ob jeweils Positions- oder Kraftkomponenten für den Prozess vorrangig sind. Gleichermaßen kann auch nach der Erfassung zwischen der Vorgabe auf Basis der Positionskomponente und der Kraftkomponente gewählt werden, insbesondere bei einer Programmierung auf Basis der erfassten Werte, nachdem zunächst sowohl Positions- als auch Kraftkomponenten erfasst wurden.In order to be able to make this selection advantageously already during the acquisition, in a preferred embodiment an input device of a hand-held device comprises a selection device for selecting from a position component and a force component. This allows, in particular, an intuitive, situation-adapted teaching, since the operator when guiding the handset can determine whether each position or force components are the priority for the process. Equally, it is also possible to choose between the specification based on the position component and the force component after the detection, in particular when programming based on the detected values, after initially detecting both position and force components.
Erfasste Positions- und/oder Kraftkomponenten werden in einer bevorzugten Ausführung einer Signalverarbeitung unterworfen, bevor auf ihrer Basis Soll-Größen vorgegeben werden. So können erfasste Komponenten etwa geglättet, gefiltert und/oder subgesampelt werden, um Messfehler oder ungewollte Mikrobewegungen bzw. -kraftschwankungen des Handgeräts zu reduzieren oder zu eliminieren.Detected position and / or force components are subjected in a preferred embodiment of a signal processing before predetermined sizes are given on their basis. For example, detected components can be smoothed, filtered and / or sub-sampled in order to reduce or eliminate measuring errors or unwanted micromotion or force fluctuations of the hand-held device.
Eine Signalverarbeitung kann insbesondere eine Transformation einer in einer Richtung erfassten Komponente in eine andere Richtung umfassen. So kann beispielsweise durch einen einachsigen Kraftsensor die Andruckkraft in einer Achsrichtung des Tastelements erfasst und diese in die Richtung senkrecht zu einer Bearbeitungsfläche projiziert werden, um als Soll-Anpresskraft vorgegeben zu werden.Signal processing may in particular comprise a transformation of a component detected in one direction in another direction. Thus, for example, be detected by a single-axis force sensor, the pressing force in an axial direction of the probe element and these are projected in the direction perpendicular to a processing surface to be specified as the desired contact pressure.
Zusätzlich oder alternaiv kann eine Signalverarbeitung insbesondere eine Begrenzung einer erfassten Reaktions- auf maximal zulässige und/oder minimal erforderliche Prozesskräfte umfassen. Gleichermaßen kann die Signalverarbeitung auch eine, insbesondere konstante oder proportionale, Erhöhung bzw. Reduzierung erfasster Werte umfassen. Führt beispielsweise ein Bediener zum Teachen eines manipulatorgeführten Schneid- oder Poliervorgangs das Handgerät über ddas zu bearbeitende Werkstück, wobei die von ihm dabei ausgeübte Prozesskraft einerseits ungewollt leicht variiert und andererseits niedriger als die später vom Manipulator auszuübende Kraft ist, kann die erfasste Kraft zum Beispiel auf eine durch den Prozess bedingte Mindestanpresskraft transformiert werden.In addition or alternatively, signal processing may in particular comprise a limitation of a detected reaction to maximum permissible and / or minimally required process forces. Likewise, the signal processing may also include an increase, respectively a reduction, of detected values, in particular constant or proportional. For example, if an operator performs a manipulator-controlled cutting or polishing operation on the workpiece to be machined, the process force exerted by him on the one hand unintentionally varied slightly and on the other hand is lower than the later force to be exerted by the manipulator, the detected force, for example to be transformed by the process conditional minimum contact force.
Nach Vorstehendem kann eine dominante Sollgröße auch die einzige Sollgröße einer Steuerung sein, eine auf Basis einer Komponente vorgegebenen Sollgröße auch diese Sollgröße selber. According to the above, a dominant setpoint may also be the only setpoint of a control, a setpoint given on the basis of a component also this setpoint itself.
Zusätzlich oder alternativ zur Vorgabe der Sollgröße auf Basis wahlweise der Positions- oder der Kraftkomponente kann nach dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Umgebungskontakt des Handgerätes auf Basis der erfassten Kraft erfasst werden.Additionally or alternatively to the specification of the desired size based on optionally the position or the force component can be detected on the basis of the detected force according to the second aspect of the present invention, an environmental contact of the handset.
Hierdurch wird es beispielsweise vorteilhaft möglich, entsprechende Transitionsbedingungen zu programmieren, indem etwa ein Handgerät anstelle eines manipulatorgeführten Werkzeugs an ein Werkstück herangeführt oder auf diesem gegen einen Anschlag verschoben wird. Auch hier können wiederum eine oder mehrere Richtungen berücksichtigt werden. So kann beispielsweise bei dem vorstehend erläuterten Schleifen durch eine entsprechend hohe erfasste Kraft in einer Tangentialrichtung zur Bearbeitungsbahn das formschlüssige Erreichen eines Anschlages auf der Bearbeitungsfläche durch das Handgerät erfasst und so programmiert werden.This advantageously makes it possible, for example, to program appropriate transition conditions by, for example, bringing a hand-held device to a workpiece instead of a manipulator-guided tool or displacing it against a stop. Again, one or more directions can be taken into account. Thus, for example, in the above-described grinding by a correspondingly high detected force in a tangential direction to the processing path, the positive reaching a stop on the processing surface detected by the handset and programmed.
Der erste und zweite Aspekt sind vorwiegend anhand der Programmierung eines Manipulators erläutert. Insofern ist nochmals darauf hinzuweisen, dass beide Aspekte auch bei einer Steuerung, insbesondere Online-Steuerung, genutzt werden können, indem etwa bei einem durch das Handgerät ferngesteuerten Manipulator, der grundsätzlich zunächst mit seinem Referenzpunkt räumlich versetzt der erfassten Position des Referenzpunktes des Handgerätes folgt, durch eine Krafterfassungseinrichtung des Handgerätes ein Umgebungskontakt detektiert und infolgedessen, wenigstens richtungsselektiv, in eine Kraft- oder Nachgiebigkeitsregelung umgeschaltet werden kann, oder wahlweise zwischen einer Fernsteuerung einer Kraft- oder Positionskomponente gewechselt werden kann.The first and second aspects are explained mainly on the basis of the programming of a manipulator. In this respect, it should again be pointed out that both aspects can also be used in a controller, in particular on-line control, in that, for example, a manipulator remotely controlled by the handheld device, which basically initially follows spatially offset the detected position of the reference point of the handheld device with its reference point, detected by a force detection device of the handset environmental contact and consequently, at least directionally selective, can be switched to a force or compliance control, or optionally can be changed between a remote control of a force or position component.
Beide Aspekte können synergetisch zusammenwirken, indem beispielsweise durch die gelenkige Verstellung des mit der Positionserfassungseinrichtung verbundenen Tastelements gegenüber der Handhabungseinrichtung Erfassungsrichtungen für Kräfte bzw. Positionen vorteilhaft vorgegeben werden können. So kann beispielsweise das Tastelement so zur Handhabungseinrichtung orientiert werden, dass durch diese ergonomisch günstig gewünschte Prozesskräfte auf ein Werkstück aufgeprägt und die entsprechenden Reaktionskräfte als Sollgrößen erfasst werden können.Both aspects can cooperate synergistically, in that, for example, detection directions for forces or positions can advantageously be predetermined by the articulated adjustment of the probe element connected to the position detection device relative to the handling device. Thus, for example, the probe element can be oriented to the handling device so that impressed by this ergonomically favorable desired process forces on a workpiece and the corresponding reaction forces can be detected as setpoints.
Eine Krafterfassungseinrichtung gemäß dem ersten Aspekt weist vorzugsweise eine Erfassungsrichtung auf, die wenigstens im wesentlichen einer Stoßrichtung eines durch das Tastelement simulierten Werkzeugs, etwa einer Aufsetzrichtung einer Schweißzange oder einer Drehachse einer Schleif- oder Polierscheibe, entspricht. Zusätzlich oder alternativ können noch weitere Erfassungsrichtungen, insbesondere drei linear unabhängige Richtungen zur Erfassung von Einzelkräften und/oder drei linear unabhängige Richtungen zur Erfassung von Kräftepaaren bzw. Drehmomenten, vorgesehen sein, insbesondere in Form eines mehr- insbesondere sechsachsigen Kraft- und/oder Momentensensors.A force detection device according to the first aspect preferably has a detection direction which corresponds at least substantially to a thrust direction of a tool simulated by the feeler element, such as an attachment direction of a welding gun or a rotation axis of a grinding or polishing wheel. Additionally or alternatively, further detection directions, in particular three linearly independent directions for detecting individual forces and / or three linearly independent directions for detecting pairs of forces or torques, may be provided, in particular in the form of a more-especially six-axis force and / or moment sensor.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:Further advantages and features emerge from the subclaims and the exemplary embodiments. This shows, partially schematized:
Mittels eines Kugelgelenkes
Mit der Positionserfassungseinrichtung
Zur Erfassung der Position des Referenzpunktes R auf Basis der Position der Positionserfassungseinrichtung
Über den Umfang beider Ringe
Die Marker
Oberer und unterer Ring
Wird das Tastelement
Durch den Knick zwischen den Mittelsenkrechte
Wie in den
Durch Betätigen eines Schalters
In
In
Das Handgerät erfasst in zyklischen Abständen, beispielsweise mit einer Frequenz von 40 Hz, auf Basis der Position der Positionserfassungseinrichtung
Will der Bediener nun mittels des Handgeräts
Bereits während dieses Teachens oder auch im Anschluss hieran wählt er, beispielsweise durch entsprechende, menügeführte Eingabe über die Tasten
Anschließend wird, beispielsweise im Handgerät
Anschließend werden die so erhaltenen Positions- bzw. Kraftkomponenten als Soll-Größen einer Positions- bzw. Kraftregelung in der jeweiligen Richtung in einer Manipulatorsteuerung C (vgl.
Für jede Richtung, beispielsweise die kartesischen Richtungen x, y, z und die Orientierungsrichtungen α, β, γ, oder durch die Freiheitsgrade, insbesondere Gelenkstellungen des Manipulators definierte Richtungen, wird jeweils eine Positions- oder eine Kraftkomponente gewählt, wie in
Für die z-Richtung senkrecht hierzu hat der Bediener entweder ein Umschalten bei Kontakt gewählt. Dieser Kontakt wird auf Basis der erfassten Kraft F erfasst. Auf diese Weise wird automatisch zwischen einer Vorgabe der Positionskomponente z senkrecht zur Bearbeitungsfläche im kontaktfreien Zustand und der Vorgabe der Kraftkomponente Fz als Sollgröße für die Manipulatorsteuerung C gewählt, wie in
Die gewählten Größen werden nach einer Signalverarbeitung S, zum Beispiel einem Glättung, aber auch einer Transformation, die gleichermaßen jeweils wenigstens teilweise im Handgerät
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Handgeräthandset
- 22
- Griff (Handhabungseinrichtung)Handle (handling device)
- 2.12.1
- ZustimmungsschalterEnabling switch
- 33
- tragbarer Computer (Handhabungseinrichtung)portable computer (handling device)
- 3.13.1
- Taste (Eingabeeinrichtung)Key (input device)
- 3.23.2
- Anzeige (Ausgabeeinrichtung)Display (output device)
- 3.33.3
- Tasten (Wahleinrichtung)Keys (dialing device)
- 44
- PositionserfassungseinrichtungPosition detection device
- 55
- Tastelementscanning element
- 6, 76, 7
- Markerringmarker ring
- 6.1, 7.16.1, 7.1
- reflektierender Markerreflective marker
- 6.2, 7.26.2, 7.2
- MittelsenkrechtePerpendicular bisector
- 88th
- Kugelgelenkball joint
- 1010
- Kraftsensor (Krafterfassungseinrichtung)Force sensor (force detection device)
- αα
- Winkel zwischen Erfassungs- und HauptrichtungAngle between detection and main direction
- 180°-β180 ° -β
- Winkel zwischen Mittelsenkrechten der MarkerringeAngle between mid-perpendiculars of the marker rings
- RR
- Referenzpunkt (TCP)Reference point (TCP)
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 01/30545 A1 [0005] WO 01/30545 A1 [0005]
- DE 10048952 A1 [0006] DE 10048952 A1 [0006]
- DE 102008062624 [0007] DE 102008062624 [0007]
Claims (14)
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE201010019640 DE102010019640A1 (en) | 2010-05-06 | 2010-05-06 | Handheld device and method for controlling and / or programming a manipulator |
DK11716179.4T DK2566667T3 (en) | 2010-05-06 | 2011-04-14 | Hand-held device and method for controlling and / or programming of a manipulator |
ES11716179.4T ES2580833T3 (en) | 2010-05-06 | 2011-04-14 | Handheld device and procedure to control and / or program a manipulator |
EP11716179.4A EP2566667B1 (en) | 2010-05-06 | 2011-04-14 | Handheld device and method for controlling and/or programming a manipulator |
PCT/EP2011/001907 WO2011137970A1 (en) | 2010-05-06 | 2011-04-14 | Handheld device and method for controlling and/or programming a manipulator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE201010019640 DE102010019640A1 (en) | 2010-05-06 | 2010-05-06 | Handheld device and method for controlling and / or programming a manipulator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102010019640A1 true DE102010019640A1 (en) | 2011-11-10 |
Family
ID=43989572
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE201010019640 Withdrawn DE102010019640A1 (en) | 2010-05-06 | 2010-05-06 | Handheld device and method for controlling and / or programming a manipulator |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP2566667B1 (en) |
DE (1) | DE102010019640A1 (en) |
DK (1) | DK2566667T3 (en) |
ES (1) | ES2580833T3 (en) |
WO (1) | WO2011137970A1 (en) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102014108287A1 (en) * | 2014-05-23 | 2015-11-26 | GM Global Technology Operations LLC (n. d. Gesetzen des Staates Delaware) | Quick learning by imitating power torque tasks by robots |
DE102015102642A1 (en) * | 2015-02-24 | 2016-08-25 | Kastanienbaum GmbH | Device and method for controlling and regulating a robot manipulator |
US9555548B2 (en) | 2014-04-14 | 2017-01-31 | Fanuc Corporation | Robot control device for controlling robot moved according to applied force |
US9566707B2 (en) | 2014-04-14 | 2017-02-14 | Fanuc Corporation | Robot controller and robot system for moving robot in response to force |
CN108115711A (en) * | 2016-11-29 | 2018-06-05 | 沈阳新松机器人自动化股份有限公司 | A kind of teaching system of robot |
DE102010063222B4 (en) | 2010-12-16 | 2019-02-14 | Robert Bosch Gmbh | Device and method for programming a handling device and handling device |
DE102020006839A1 (en) | 2020-11-06 | 2022-05-12 | Franka Emika Gmbh | System and method for manual training of a robotic manipulator |
DE102018009154B4 (en) | 2017-11-28 | 2022-05-19 | Fanuc Corporation | Robot learning system, control unit and manual control unit |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113618756A (en) * | 2021-10-12 | 2021-11-09 | 深圳市越疆科技有限公司 | Teleoperation manipulator and handle and teleoperation equipment thereof |
Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH081563A (en) * | 1994-06-23 | 1996-01-09 | Fanuc Ltd | Robot position instructing tool, and robot position instructing method |
US5617515A (en) * | 1994-07-11 | 1997-04-01 | Dynetics, Inc. | Method and apparatus for controlling and programming a robot or other moveable object |
WO2001030545A1 (en) | 1999-10-29 | 2001-05-03 | Abb Flexible Automation A/S | A device and a method for determining coordinates and orientation |
DE10048952A1 (en) | 2000-10-04 | 2002-04-11 | Amatec Robotics Gmbh | Spatial coordinate recording device for workpiece processed by robot has reference unit with reference markings, spaced apart from detector |
US6385508B1 (en) * | 2000-10-31 | 2002-05-07 | Fanuc Robotics North America, Inc. | Lead-through teach handle assembly and method of teaching a robot assembly |
EP1431854A1 (en) * | 1998-07-09 | 2004-06-23 | Fanuc Ltd | Robot controller |
US20050251290A1 (en) * | 2002-05-24 | 2005-11-10 | Abb Research Ltd | Method and a system for programming an industrial robot |
DE102004020099A1 (en) * | 2004-04-24 | 2005-11-17 | Kuka Roboter Gmbh | Method and device for influencing a multi-axis handling device |
DE102005060967A1 (en) * | 2005-12-20 | 2007-06-28 | Technische Universität München | Method and device for setting up a trajectory of a robot device |
DE102007029335A1 (en) * | 2007-06-26 | 2009-01-02 | Kuka Roboter Gmbh | Teach pendant |
DE102007029398A1 (en) * | 2007-06-26 | 2009-01-02 | Kuka Roboter Gmbh | Method and device for programming an industrial robot |
DE102008062624A1 (en) | 2008-12-17 | 2010-06-24 | Kuka Roboter Gmbh | Hand-held device and method for detecting the spatial position of an operating point of a manipulator |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7881896B2 (en) * | 2002-02-14 | 2011-02-01 | Faro Technologies, Inc. | Portable coordinate measurement machine with integrated line laser scanner |
-
2010
- 2010-05-06 DE DE201010019640 patent/DE102010019640A1/en not_active Withdrawn
-
2011
- 2011-04-14 WO PCT/EP2011/001907 patent/WO2011137970A1/en active Application Filing
- 2011-04-14 DK DK11716179.4T patent/DK2566667T3/en active
- 2011-04-14 ES ES11716179.4T patent/ES2580833T3/en active Active
- 2011-04-14 EP EP11716179.4A patent/EP2566667B1/en active Active
Patent Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH081563A (en) * | 1994-06-23 | 1996-01-09 | Fanuc Ltd | Robot position instructing tool, and robot position instructing method |
US5617515A (en) * | 1994-07-11 | 1997-04-01 | Dynetics, Inc. | Method and apparatus for controlling and programming a robot or other moveable object |
EP1431854A1 (en) * | 1998-07-09 | 2004-06-23 | Fanuc Ltd | Robot controller |
WO2001030545A1 (en) | 1999-10-29 | 2001-05-03 | Abb Flexible Automation A/S | A device and a method for determining coordinates and orientation |
DE10048952A1 (en) | 2000-10-04 | 2002-04-11 | Amatec Robotics Gmbh | Spatial coordinate recording device for workpiece processed by robot has reference unit with reference markings, spaced apart from detector |
US6385508B1 (en) * | 2000-10-31 | 2002-05-07 | Fanuc Robotics North America, Inc. | Lead-through teach handle assembly and method of teaching a robot assembly |
US20050251290A1 (en) * | 2002-05-24 | 2005-11-10 | Abb Research Ltd | Method and a system for programming an industrial robot |
DE102004020099A1 (en) * | 2004-04-24 | 2005-11-17 | Kuka Roboter Gmbh | Method and device for influencing a multi-axis handling device |
DE102005060967A1 (en) * | 2005-12-20 | 2007-06-28 | Technische Universität München | Method and device for setting up a trajectory of a robot device |
DE102007029335A1 (en) * | 2007-06-26 | 2009-01-02 | Kuka Roboter Gmbh | Teach pendant |
DE102007029398A1 (en) * | 2007-06-26 | 2009-01-02 | Kuka Roboter Gmbh | Method and device for programming an industrial robot |
DE102008062624A1 (en) | 2008-12-17 | 2010-06-24 | Kuka Roboter Gmbh | Hand-held device and method for detecting the spatial position of an operating point of a manipulator |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
GONZALES-GALVAN,E.J; CRUZ-RAMIREZ S.R; et al;"An efficient multi-camera,multi-target scheme for the three-dimensional control of robots using uncalibrated vision",In: Robotics and Computer Integrated Manufacturing 19 (2003), S. 387-400 * |
SCHMID,D.: "Sensor simuliert Werkzeug- Programmier-Werkzeug für besseres Teach-in", In: ROBOTER, Februar 1990, S. 14-17 * |
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102010063222B4 (en) | 2010-12-16 | 2019-02-14 | Robert Bosch Gmbh | Device and method for programming a handling device and handling device |
DE102015004481B4 (en) | 2014-04-14 | 2018-12-06 | Fanuc Corporation | A robot control device for controlling a robot moved in accordance with an applied force |
DE102015004484B4 (en) * | 2014-04-14 | 2020-02-06 | Fanuc Corporation | Robot controller and robot system for moving a robot in response to a force |
US9555548B2 (en) | 2014-04-14 | 2017-01-31 | Fanuc Corporation | Robot control device for controlling robot moved according to applied force |
US9566707B2 (en) | 2014-04-14 | 2017-02-14 | Fanuc Corporation | Robot controller and robot system for moving robot in response to force |
DE102014108287B4 (en) | 2014-05-23 | 2019-08-14 | GM Global Technology Operations LLC (n. d. Gesetzen des Staates Delaware) | Quick learning by imitating power torque tasks by robots |
DE102014108287A1 (en) * | 2014-05-23 | 2015-11-26 | GM Global Technology Operations LLC (n. d. Gesetzen des Staates Delaware) | Quick learning by imitating power torque tasks by robots |
US9403273B2 (en) | 2014-05-23 | 2016-08-02 | GM Global Technology Operations LLC | Rapid robotic imitation learning of force-torque tasks |
DE102015102642B4 (en) * | 2015-02-24 | 2017-07-27 | Kastanienbaum GmbH | Device and method for controlling and regulating a robot manipulator |
DE102015102642A1 (en) * | 2015-02-24 | 2016-08-25 | Kastanienbaum GmbH | Device and method for controlling and regulating a robot manipulator |
US10675756B2 (en) | 2015-02-24 | 2020-06-09 | Kastanienbaum GmbH | Device and method for performing open-loop and closed-loop control of a robot manipulator |
CN108115711A (en) * | 2016-11-29 | 2018-06-05 | 沈阳新松机器人自动化股份有限公司 | A kind of teaching system of robot |
DE102018009154B4 (en) | 2017-11-28 | 2022-05-19 | Fanuc Corporation | Robot learning system, control unit and manual control unit |
DE102020006839A1 (en) | 2020-11-06 | 2022-05-12 | Franka Emika Gmbh | System and method for manual training of a robotic manipulator |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DK2566667T3 (en) | 2016-09-05 |
EP2566667A1 (en) | 2013-03-13 |
EP2566667B1 (en) | 2016-05-25 |
WO2011137970A1 (en) | 2011-11-10 |
ES2580833T3 (en) | 2016-08-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2566667B1 (en) | Handheld device and method for controlling and/or programming a manipulator | |
EP2597420B1 (en) | Hand-held device and method for determining the spatial position of an operating point of a manipulator | |
DE102018116053B4 (en) | Robot system and robot learning method | |
DE102019009313B4 (en) | Robot control, method and computer program using augmented reality and mixed reality | |
DE102013110847B3 (en) | Control device and method for controlling a robot system by means of gesture control | |
EP1521211B1 (en) | Method and apparatus for determining the position and orientation of an image receiving device | |
DE102015105687B4 (en) | robot | |
DE102007026299B4 (en) | Industrial robots and method for programming an industrial robot | |
DE102010039540B4 (en) | Handheld device for manually moving a robot arm | |
DE102008062622A1 (en) | Method for command input in controller of manipulator, particularly robot, involves detecting force, which acts on manipulator in specific direction, and comparing detected force with stored forces | |
EP2012208B1 (en) | Programmable hand tool | |
EP3221094B1 (en) | Method and system for correcting a processing path of a robot-guided tool | |
EP3426444A1 (en) | Industrial robot having at least two image acquisition devices | |
DE102008062623B4 (en) | Method and device for selecting a stored position of an operating point of a manipulator | |
DE102018201589A1 (en) | Method for programming the control of an industrial robot, method for operating an industrial robot, programming device and industrial robot system with such a programming device | |
DE102018109326B4 (en) | Multi-unit actuated kinematics, preferably robots, particularly preferably articulated robots | |
WO2017064105A2 (en) | Multi-axis mouse for a multi-axis robot | |
DE102016221861B4 (en) | Device and method for influencing objects | |
EP3338961B1 (en) | Device for controlling a robot and robot for high pressure cleaning using water | |
DE102009034938B4 (en) | Method for commanding a movement system with a measuring device | |
DE102020006839A1 (en) | System and method for manual training of a robotic manipulator | |
DE10048952A1 (en) | Spatial coordinate recording device for workpiece processed by robot has reference unit with reference markings, spaced apart from detector | |
DE102015200319A1 (en) | Einmessverfahren from combination of pre-positioning and manual guidance | |
DE202019104426U1 (en) | Machining a workpiece by a robot manipulator using a CAD model | |
DE102011086941B4 (en) | industrial robots |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R163 | Identified publications notified | ||
R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination |